JP2005255058A - Automated pier-docking/mooring device and automatic pier-docking/mooring method of ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶の自動着桟係船装置および自動着桟係船方法に関する。船舶が港内に停泊するときは、航海モードから港内モード・着桟モード・係船モードの順で移動してきて、係留モードで船を停止させ、この間に荷役を行う。荷役が終わると係留モードから係船モード・離桟モード・港内モードの順で港外へ出て航海モードで航海する。これらの繰返しモードの内、着桟モードから係船モードでの操船・姿勢制御を行う技術が本発明に係る自動着桟係船装置および自動着桟係船方法である。 The present invention relates to an automatic berthing apparatus and an automatic berthing method for a ship. When the ship is anchored in the port, the ship moves in the order from the voyage mode to the port mode, the docking mode, and the mooring mode, and the ship is stopped in the mooring mode, and the cargo is handled during this time. When cargo handling is over, go out from the harbor in order of mooring mode, mooring mode, pier mode, and harbor mode, and sail in sailing mode. Among these repeating modes, the technology for performing the ship maneuvering / posture control from the landing mode to the mooring mode is the automatic docking device and the automatic docking method according to the present invention.
船舶の入港時には、前もって人員を受け持ち部署に就かせ、港内モードから着桟モード・係船モード・係留モードまでの各フェーズ毎で、乗組員の五感をもって船首・船尾両係船機や揚錨機、舵、主機関を制御・操作している（非特許文献１）。
すなわち、船内では、各フェーズに必要な設備を船長の指示の下、分散配員された乗組員が臨戦体制で操作している。このことは、船を操船するフェーズで一番マンパワーを必要とするところの省力・省人化がされていないことを意味している。
When the ship enters the port, the staff will be assigned to the department in advance, and in each phase from the harbor mode to the docking mode, the mooring mode, and the mooring mode, with the crew's five senses, both the bow and stern mooring machines, the dredger and the rudder The main engine is controlled and operated (Non-Patent Document 1).
In other words, on the ship, the equipment required for each phase is operated by the decentralized crew members in a battle system under the direction of the master. This means that labor saving and labor saving, which require the most manpower in the phase of maneuvering the ship, has not been done.
一方、係船操作を自動化した技術が提案されている（従来例１）。
この従来例１は、船位検出手段からの信号に基づき係船索調整方向の演算を行う中央制御盤を用いて、係船機の制御の全自動化をはかるようにした係船装置である。
すなわち、係船索の張力計からの信号に基づき係船機のウインチ駆動装置を制御するファジイ制御系をそれぞれ備えた船首部係船機制御盤および船尾部係船機制御盤を備えるとともに、船位検出手段からの信号に基づき係船索の巻き込み、繰出しおよび中立保持のいずれかを選択して指令する中央制御盤を備え、同制御盤からの指令信号と上記ファジイ制御系からの制御信号とに基づき、上記ウインチの駆動装置にウインチドラム回転指令を送る総合制御系を有するものである（特許文献１）。
On the other hand, a technology that automates mooring operation has been proposed (conventional example 1).
This prior art example 1 is a mooring apparatus that uses a central control panel that calculates a mooring line adjustment direction based on a signal from a ship position detecting means to fully automate the control of the mooring machine.
That is, it includes a bow mooring machine control panel and a stern mooring machine control panel each having a fuzzy control system for controlling the winch drive device of the mooring machine based on a signal from the tension meter of the mooring rope, and from the ship position detecting means. A central control panel is provided that selects and commands one of mooring rope entrainment, delivery and neutral maintenance based on the signal, and based on the command signal from the control panel and the control signal from the fuzzy control system, It has a comprehensive control system that sends a winch drum rotation command to the drive device (Patent Document 1).
ところが、前記従来例１では、係船機における係船索の繰出しは、ウインチを繰出し状態にするか、または中立位置、すなわち自由回転状態にするかのいずれかであるが、いずれの制御中も係船索に作用する張力によって受動的に引出されるものである。したがって、受動的に張力を受けたとき、係船索が切れないように、ファジィ制御などの高度な制御を行っているのである。
ともかく、この従来例１では、船体を数ｍ以内で横移動させる係船操作はある程度自動化ができるが、船体を数１０ｍにわたる長い距離を横移動させ着桟を自動化できるものではない。無理に着桟に適用しようとすれば、長い距離を横移動させている間に、潮流や風向きによって制御能力を超える張力が、何度も作用することから途中で係船索が切れるなどの障害が生ずる。
また、係船索の巻取り制御だけで、数１０ｍも着桟移動させるには、時間がかかりすぎて、非能率である。
However, in the conventional example 1, the mooring rope is extended in the mooring machine either in the extended state or in the neutral position, that is, in the free rotation state. It is pulled out passively by the tension acting on the. Therefore, advanced control such as fuzzy control is performed so that the mooring line is not cut when passively subjected to tension.
In any case, in this conventional example 1, the mooring operation for moving the hull laterally within a few meters can be automated to some extent, but it is not possible to move the hull laterally over a long distance of several tens of meters to automate the landing berth. If you try to apply it to the berth forcibly, there will be obstacles such as the mooring line being cut off in the middle because the tension exceeding the control capability is applied many times due to the tidal current and wind direction while moving laterally over a long distance. Arise.
In addition, it takes too much time to move the berth several tens of meters by only taking up the mooring rope, which is inefficient.
本発明は上記事情に鑑み、着桟から係船までの操船を自動化でき、かつ迅速に行える船舶の自動着桟係船装置および自動着桟係船方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an automatic docking device for a ship and an automatic docking method for a ship that can automate and quickly operate a ship maneuvering from a dock to a mooring ship.
第１発明の船舶の自動着桟係船装置は、船体の両舷方向のいずれにも横推力を出力できる船首側横推力機関および船尾側横推力機関と、係船索の巻取り機能と自力繰出し機能が可能な船首側係船機および船尾側係船機と、岸壁までの距離を計測する距離計と、前記距離計で検知した船体から岸壁までの距離に基づき、前記船首側横推力機関と前記船尾側横推力機関の推進方向と推力を制御し、かつ前記船首側係船機と前記船尾側係船機の係船索の巻取り動作と繰出し動作を制御するコントローラとを備えていることを特徴とする。
第２発明の船舶の自動着桟係船装置は、船舶の着桟係船操作を、岸壁から所定距離離れた着桟開始位置から着桟モードで行い、ついで係船開始位置から船体を岸壁に係止させるまでを係船モードの順で行い、前記着桟モードは、船舶の船首側横推力機関と船尾側横推力機関を用い、船舶を横方向に移動させて岸壁に近づけ、前記係船モードは、船首側係船機と船尾側係船機を用い、岸壁との間に張り渡した係船索を引っ張ることにより船舶を横方向に移動させて岸壁に係止させることを特徴とする。
第３発明の船舶の自動着桟係船装置は、第２発明において、前記着桟モードにおいて、船舶のヘッディング変位ズレを船首側横推力と船尾側横推力を使って岸壁に対する並行度を保持するヘッディング補正制御を行うことを特徴とする。
第４発明の船舶の自動着桟係船装置は、第２発明において、船首側係船機による係船索の巻取り繰出し制御と、船尾側係船機による係船索の巻取り繰出し制御を組合せることにより、ヘッディング変位ズレを補正するヘッディング補正制御を行うことを特徴とする。
The automatic docking device for a ship according to the first aspect of the invention includes a bow side thrust engine and a stern side thrust engine capable of outputting a lateral thrust in both sides of the hull, a winding function of a mooring rope, and a self-feeding function. Bow side mooring machine and stern side mooring machine, a distance meter for measuring the distance to the quay, and the bow side thrust engine and the stern side based on the distance from the hull to the quay detected by the distance meter And a controller for controlling a propulsion direction and a thrust of the lateral thrust engine, and for controlling a winding operation and a feeding operation of the mooring rope of the bow side mooring machine and the stern side mooring machine.
The automatic docking device for a ship according to the second aspect of the invention performs the docking operation of the ship in the docking mode from the docking start position at a predetermined distance from the quay, and then locks the hull to the quay from the mooring start position. The berthing mode uses the ship's bow side thrust engine and stern side thrust engine to move the ship laterally closer to the quay, and the mooring mode is the bow side By using a mooring machine and a stern side mooring machine, the ship is moved laterally by pulling a mooring rope stretched between the quay and locked to the quay.
The automatic docking device for a ship according to a third aspect of the present invention is the heading according to the second invention, wherein in the landing mode, the heading displacement displacement of the ship is maintained parallel to the quay using the bow side lateral thrust and the stern side lateral thrust. Correction control is performed.
The automatic berthing device for a ship according to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, by combining the winding and unwinding control of the mooring rope by the bow side mooring machine and the winding and unwinding control of the mooring line by the stern side mooring machine, Heading correction control for correcting a heading displacement deviation is performed.
第１発明によれば、船舶が港内モードで航行中に岸壁から一定距離の着桟開始位置まで近づくと、着桟モードに移行する。着桟モードでは、船の前後推力機関を停止して、船首側および船尾側の横推力機関を起動して、船体と岸壁に向けて横進させ岸壁に近づける。岸壁との距離が係船操作に適する係船開始位置まで縮まると係船モードに移り、横推力機関を停止して、船首側および船尾側の係船機により、岸壁との間に張り渡した係船索を巻取り繰出し制御を行うと、船体を岸壁に係止させることができる。これらの横推力機関による横進と係船機による横進を、岸壁までの距離を距離計から入力してコントローラが自動制御して行うので、人力作業を要しない自動化が達成され、省力省人化が行える。また、着桟作業の当初は横推力機関を使って船体を岸壁に近づけるので、全て係船索を用いる場合に比べ、迅速に着桟動作が行える。さらに、係船モード中に係船機は自力繰出し機能によって係船索を能動的に繰出すことができるので、係船索を岸壁との間に張り渡す作業においても省力化でき、かつ過大な張力がかかることを未然に防止できるので、係船索が切れる等の事故が生じない。
第２発明によれば、当初は着桟モードで横推力機関により船体を岸壁に向け横進させるが、横推力による横進は係船索による横進より速度が速いので、着桟動作が迅速に行える。そして、係船モードは係船機により係船索を引張ることにより船体を岸壁に近づけるので、正確な制御が可能であり、岸壁との衝突のような事故を避け安全に作業ができ、係船終了後はそのまま保留モードに移動できるので、人的作業を極力不要にして省力化省人化が達成できる。
第３発明によれば、着桟モード中に船体にヘッディング変位が生じると、横進に利用している横推力機関を使ってヘッディング変位を補正するので、補正が容易かつ迅速に行え、かつ横進中に行えるので、横進動作が遅れることもない。また、岸壁との並行度が保持されているので、つぎの着桟モードが直ちに移行できるので、迅速な着桟が可能となる。
第４発明によれば、係船モード中に船体にヘッディング変位が生じると、係船機による係船索の巻取り繰出しを行うことによりヘッディング補正するので、係船作業と同時に補正が行え、船体を岸壁に平行に保持できるので、係船作業を安全かつ確実に行える。
According to the first aspect of the present invention, when the ship is navigating in the harbor mode, when the ship approaches a landing start position at a certain distance from the quay, it shifts to the landing mode. In the landing mode, the front and rear thrust engines of the ship are stopped, the lateral thrust engines on the bow side and the stern side are activated, and they move sideways toward the hull and the quay to approach the quay. When the distance to the quay is reduced to the mooring start position suitable for mooring operation, the mode shifts to mooring mode, the lateral thrust engine is stopped, and the mooring rope stretched between the quay is wound by the mooring machine on the bow side and stern side. When take-out control is performed, the hull can be locked to the quay. These lateral thrust engines and lateral mooring machines are automatically controlled by the controller by inputting the distance to the quay from the distance meter, thus achieving automation that does not require manual work and saving labor and labor. Can be done. In addition, since the hull is brought close to the quay using a lateral thrust engine at the beginning of the berthing work, the berthing operation can be performed quickly compared to the case where all the mooring lines are used. In addition, since the mooring machine can actively feed the mooring rope by the self-feeding function during the mooring mode, labor can be saved even when the mooring rope is stretched between the wharf and excessive tension is applied. This prevents accidents such as breakage of mooring lines.
According to the second aspect of the invention, initially, the hull is moved laterally toward the quay by the lateral thrust engine in the landing mode, but the lateral movement by the lateral thrust is faster than the lateral movement by the mooring line, so the landing operation is quicker. Yes. In mooring mode, the hull is brought closer to the quay by pulling the mooring rope with a mooring machine, so accurate control is possible, and it is possible to work safely and avoid accidents such as collision with the quay. Since it is possible to move to the hold mode, it is possible to save labor and labor by minimizing human work.
According to the third aspect of the present invention, if heading displacement occurs in the hull during the landing mode, the heading displacement is corrected using the lateral thrust engine used for lateral movement. Since it can be done while traveling, lateral movement will not be delayed. In addition, since the parallelism with the quay is maintained, the next landing mode can be immediately shifted, so that a quick landing can be achieved.
According to the fourth aspect of the present invention, when heading displacement occurs in the hull mode during the mooring mode, the heading is corrected by winding and unwinding the mooring rope by the mooring machine, so that correction can be performed simultaneously with the mooring work, and the hull is parallel to the quay. Mooring work can be performed safely and reliably.
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態である自動着桟係船装置のブロック図である。図２は本発明における自動着桟係船装置を構成する係船機の配置側と係船索を示す平面図である。図３は（Ａ）図は、本発明で用いる係船機の構成と自力繰出し動作の説明図、（Ｂ）図は、同係船機の巻取り動作の説明図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of an automatic docking device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement side of the mooring machine and the mooring rope constituting the automatic berthing mooring apparatus according to the present invention. FIG. 3A is a diagram illustrating the configuration of the mooring machine used in the present invention and a self-feeding operation, and FIG. 3B is a diagram illustrating the winding operation of the mooring machine.
まず、図１に基づき自動着桟係船装置の構成を説明する。
Ｓは船舶である。この船舶Ｓの推進力には、通常の前後推進機関の他に横推力機関を備えることが必須となる。通常の前後推進機関には、例えば公知のポッド推進装置が用いられる。
本発明における横推力機関には、種々のものが特に制限なく用いられる。例えば、船首側横推力機関は、サイドスラスタ１が好適である。サイドスラスタ１は、１基または複数基装備される。
船尾側部横推力機関は、ポッド推進装置２を用い、これを旋回することにより横推力を得る構成が好適である。なお、ポッド推進装置２は２基（二重反転ポッド推進も含む）またはそれ以上を装備する。また、ベックツイーン舵（２枚舵）の転舵角制御から横推進力を得る機構も、本発明にいう横推力機関として適用できる。
なお、船舶Ｓには、緩やかな変針を可能とする補助操舵装置（図示省略）を付加しておくと、保針性が良くなるので好ましい。この補助操舵装置は、横推力利用時の船尾推力抑制にも用いることができ、着桟時の横姿勢制御にも用いることができる。
First, the configuration of the automatic docking device will be described with reference to FIG.
S is a ship. For the propulsive force of the ship S, it is essential to provide a lateral thrust engine in addition to the normal longitudinal propulsion engine. For example, a known pod propulsion device is used for a normal front and rear propulsion engine.
Various types of lateral thrust engines in the present invention are used without particular limitation. For example, the side thruster 1 is suitable for the bow side lateral thrust engine. One or more side thrusters 1 are provided.
The stern side thrust engine preferably uses a pod propulsion device 2 and swivels to obtain a lateral thrust. The pod propulsion device 2 is equipped with two (including counter-rotating pod propulsion) or more. Further, a mechanism for obtaining a lateral thrust from the turning angle control of a Beck tween rudder (two rudder) can also be applied as the lateral thrust engine referred to in the present invention.
In addition, it is preferable to add an auxiliary steering device (not shown) that enables a gentle change of course to the ship S because the needle-holding property is improved. This auxiliary steering device can also be used for stern thrust suppression when using lateral thrust, and can also be used for lateral posture control when landing.
図１および図２に示すように、本発明が適用される船舶Ｓの船首側甲板４には船首側係船機10Fが設置され、船尾側甲板５には、船尾側係船機10Rが設置される。船首側係船機1OFは、船首ライン用、ブレストライン用、スプリングライン用の５基であり、船尾側係船機10Rは、船尾ライン用、ブレストライン用、スプリングライン用の５基であり、接岸時には、左右両舷いずれか片舷側の３基ずつ用いられる。なお、図２中の係船索Ｒは、Ｒ１が船首ライン、Ｒ２がブレストライン、Ｒ３が船尾ライン、Ｒ４がブレストライン、Ｒ５が船首スプリングライン、Ｒ６が船尾スプリングラインである。
前記係船機10F,10Rは、係船索Ｒの巻取り機能のほか、自力繰出し機能が可能なものであることが特徴であり、例えば、つぎのように構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a bow side mooring machine 10 </ b> F is installed on the bow side deck 4 of the ship S to which the present invention is applied, and a stern side mooring machine 10 </ b> R is installed on the stern side deck 5. . The bow side mooring machine 1OF has 5 units for the bow line, the breast line, and the spring line, and the stern side mooring machine 10R has 5 units for the stern line, the breast line, and the spring line. , 3 units on either the left or right side are used. In FIG. 2, the mooring rope R has a bow line, R2 a breast line, R3 a stern line, R4 a breast line, R5 a bow spring line, and R6 a stern spring line.
The mooring machines 10F and 10R are characterized by being capable of a self-feeding function in addition to the winding function of the mooring rope R, and are configured as follows, for example.
すなわち、係船機１０（船首側係船機10Fと船尾側係船機10Rを含めていうときは、符号１０を用いる）は、巻取り機構と自力繰出し機構が共にフレームに搭載され、ユニット化されたものである。
前記巻取り機構は、巻取ドラム１１とその駆動源である電動モータ１２とクラッチ１３と減速機１４とから構成されている。電動モータ１２とクラッチ１３は、公知の遠隔操作手段である係船機制御ユニット10Uによって遠隔制御可能となっている。
係船に使う係船索Ｒは、前記巻取ドラム１１に巻き付けられて、端末を固定されているので、電動モータ１２で巻取ドラム１１を正逆回転させると、係船索Ｒを巻取ったり、巻戻したりすることができる。
That is, the mooring machine 10 (the reference numeral 10 is used when including the bow side mooring machine 10F and the stern side mooring machine 10R) is a unit in which the winding mechanism and the self-feeding mechanism are both mounted on the frame. is there.
The winding mechanism includes a winding drum 11, an electric motor 12 that is a driving source thereof, a clutch 13, and a speed reducer 14. The electric motor 12 and the clutch 13 can be remotely controlled by a mooring machine control unit 10U which is a known remote control means.
The mooring rope R used for mooring is wound around the take-up drum 11 and the terminal is fixed. Therefore, when the take-up drum 11 is rotated forward and backward by the electric motor 12, the mooring rope R is wound or wound. Can be returned.
上記の巻取ドラム１１の前面には、シフト軸１５が設けられている。このシフト軸１５と前記巻取ドラム１１との間は、チェーン伝達機構が連結され、巻取ドラム１１が回転するとシフト軸１５も回転するようになっている。
１６はガイドユニットで、上部に３本のガイドローラ１７を立設しており。３本のガイドローラ１７のうち２本のガイドローラ１７は、係船索Ｒを左右から挟み付け、かつ若干の角度で曲げて通している。そして、残る１本のガイドローラ１７は係船索Ｒの傾斜した部分に当接させているが、それは係船索Ｒの反発力を受けて、係船索Ｒに作用している張力を検出する係船索張力計２９に連結されている。なお、このガイドユニット１６が巻取ドラム１１の前面で往復運動を繰返すと、巻取ドラム１１上で係船索Ｒが乱巻きされるのを防止することができる。
A shift shaft 15 is provided on the front surface of the winding drum 11. A chain transmission mechanism is connected between the shift shaft 15 and the take-up drum 11, and when the take-up drum 11 rotates, the shift shaft 15 also rotates.
Reference numeral 16 denotes a guide unit, and three guide rollers 17 are erected on the top. Of the three guide rollers 17, two guide rollers 17 sandwich the mooring rope R from the left and right sides and bend it at a slight angle. The remaining one guide roller 17 is in contact with the inclined portion of the mooring rope R, which receives the repulsive force of the mooring rope R and detects the tension acting on the mooring rope R. It is connected to a tension meter 29. If the guide unit 16 repeats reciprocating motion on the front surface of the take-up drum 11, it is possible to prevent the mooring rope R from being rolled up on the take-up drum 11.
前記自力繰出し機構は、一対のローラ１８，１８と、このローラ１８を回転させる電動モータおよび減速機を備えている。このローラ１８，１８の対は係船索Ｒを両側から挟めるように配置されており、挟んだ状態で回転させると、係船索Ｒを強制的に繰り出すことができる。そして、前記ローラ１８，１８を駆動する電動モータは、前記係船機制御ユニット10Uによって遠隔制御可能となっており、係船索Ｒの自力繰出しを船橋等の離れた場所からコントロールすることができる。
なお、前記ローラ１８，１８の前方にはユニバーサルチョック１９が設けられており、このユニバーサルチョック１９があることによって、係船索Ｒの左右上下への振れを規制して、係船策Ｒを円滑に取出すことができるようになっている。
The self-feeding mechanism includes a pair of rollers 18 and 18, and an electric motor and a speed reducer that rotate the rollers 18. The pair of rollers 18 and 18 are arranged so as to sandwich the mooring rope R from both sides. When the mooring rope R is rotated in the sandwiched state, the mooring rope R can be forcibly delivered. The electric motors for driving the rollers 18 and 18 can be remotely controlled by the mooring machine control unit 10U, and the self-feeding of the mooring rope R can be controlled from a remote place such as a bridge.
In addition, a universal chock 19 is provided in front of the rollers 18, 18, and the universal chock 19 restricts the swinging of the mooring rope R from side to side, and allows the mooring measure R to be taken out smoothly. Be able to.
図３において、（Ａ）図は自力繰出し操作を示し、（Ｂ）図は巻取り操作を示している。（Ａ）図に示す自力繰出し操作は、クラッチ１３を切断して巻取ドラム１１と電動モータ１２および減速機１４との間の連結を断ち、巻取ドラム１１を空転可能な状態としておき、繰出し機構のローラ１８，１８を回転させることにより行う。こうすると、係船索Ｒは高速で自力繰出しが行われる。あるいは、クラッチ１３を接続しておいて、電動モータ１２で巻取ドラム１１を巻戻し方向に回転させ、巻戻し速度を一対のローラ１８，１８の繰出し速度と同期させておいてもよい。この場合も、係船索Ｒを高速で繰出すことができる。
（Ｂ）図に示す巻取り操作は、繰出し機構のローラ１８，１８を開いておき、クラッチ１３を入れて電動モータ１２および減速機１４と巻取ドラム１１を連結し、巻取り方向に回転させることにより行う。そうすると、係船索Ｒを巻取ドラム１１上に巻き取ることができる。
3A shows a self-feeding operation, and FIG. 3B shows a winding operation. (A) The self-feeding operation shown in the figure is performed by cutting the clutch 13 to disconnect the winding drum 11 from the electric motor 12 and the speed reducer 14 so that the winding drum 11 can be idled. This is done by rotating the rollers 18 of the mechanism. In this way, the mooring rope R is fed out at high speed. Alternatively, the clutch 13 may be connected, the winding drum 11 may be rotated in the rewinding direction by the electric motor 12, and the rewinding speed may be synchronized with the feeding speed of the pair of rollers 18 and 18. Also in this case, the mooring line R can be fed out at a high speed.
(B) In the winding operation shown in the drawing, the rollers 18 and 18 of the feeding mechanism are opened, the clutch 13 is inserted, the electric motor 12 and the speed reducer 14 and the winding drum 11 are connected and rotated in the winding direction. By doing. As a result, the mooring line R can be wound on the winding drum 11.
コントローラ２０は、自動着桟係船装置の全機能を制御する制御装置であり、コンピュータ等を用いて構成されている。このコントローラ２０には、通常の船舶と同様に、レーダ、オートパイロット用ジャイロ２１、船速計２２、各種航海計器２３、電子海図２４の他、風向風速計２５、船位計測器２６、岸壁間距離計２７、係船機まわりの監視用カメラ２８、係船索張力計２９等が接続されている。このため、本船の位置、針路、ヘッディング角、船速、真風向風速／相対風向風速および本船と接岸壁までの距離が、前記各検出器から得られ、また演算により求めることができる。
本船の位置および状態監視および岸壁から本船までの距離は、レーダの最小探知距離からの情報および電子海図からの情報から認識できる。
前記岸壁間距離計２７は、光電式や赤外線式の公知の距離計を用いればよい。計測能力は、５ｍ毎の距離変化を検知できることが必須であり、なお１ｍ未満の距離計測が可能なものも、最低１個は必要である。岸壁距離が２５ｍ〜２０ｍになれば、前記距離計２７からの信号を利用し、可視可聴の信号を船橋／船首および船尾に出力し、船長または航海士の目視判断を支援する可視可聴監視支援装置（図示せず）を働かせ、安全に接岸させるようにする。可視可聴監視支援装置としては、赤外線ビーム射光センサを数個取付け、段階的（例：５ｍ／３ｍ／２ｍ／１ｍ）にパターン内の検出信号を出力するもの等が用いられる。
前記コントローラ２０は、後述する着桟モードの間、船首尾両側の横推力機関の左右両舷方向の切り換え推力の増減を制御する。また、後述する係船モードの間、船首ライン、ブレストライン、スプリングライン用の船首側係船機３基と船尾ライン、ブレストライン、スプリングライン用船尾側係船機３基を係船機制御ユニット10Uを介して各係船索Ｒ１〜Ｒ６の巻取りと自力繰出しを行わせ、張力制御および係船索長制御を実行する。
The controller 20 is a control device that controls all functions of the automatic docking vessel device, and is configured using a computer or the like. The controller 20 includes a radar, an autopilot gyro 21, a ship speedometer 22, various navigation instruments 23, an electronic chart 24, an anemometer 25, a ship position measuring instrument 26, and a quay distance as well as a normal ship. A total 27, a monitoring camera 28 around the mooring machine, a mooring rope tension meter 29, and the like are connected. Therefore, the position, course, heading angle, ship speed, true wind direction / relative wind direction wind speed, and the distance between the ship and the berthing wall can be obtained from the detectors and can be obtained by calculation.
The position and condition of the ship and the distance from the quay to the ship can be recognized from information from the minimum detection distance of the radar and information from the electronic chart.
The quay distance meter 27 may be a known photoelectric or infrared distance meter. It is essential that the measuring ability can detect a distance change every 5 m, and at least one that can measure a distance of less than 1 m is required. When the quay distance is 25m to 20m, using the signal from the distance meter 27, a visual audible signal is output to the bridge / bow and stern, and the visual audible monitoring support device assists the visual judgment of the captain or the navigator. (Not shown) to work and make it safe to berth. As the visual audible monitoring support device, a device that attaches several infrared beam irradiation sensors and outputs detection signals in a pattern stepwise (eg, 5 m / 3 m / 2 m / 1 m) is used.
The controller 20 controls the increase / decrease of the switching thrust in the left / right bilateral direction of the lateral thrust engines on both sides of the bow and tail during the landing mode described later. Further, during the mooring mode described later, three bow side mooring machines for the bow line, breast line and spring line and three stern side mooring machines for the stern line, breast line and spring line are connected via the mooring machine control unit 10U. The mooring lines R1 to R6 are wound and unloaded by themselves, and tension control and mooring line length control are executed.
つぎに、図４および図５に基づき、本発明の着桟係船方法を説明する。
図４は本発明の着桟係船方法の説明図である。図５は本発明の着桟係船制御のフローチャートである。図６は着桟モードと係船モードにおけるヘッディング変位補正方法の説明図である。
図４において、点線で示す船舶Ｓの移動軌跡は、港内モードを示している。以下、図５を併せ参照しながら説明すると、港内モード(100)は、ポッド推進装置２等の前後進推進機関を用い、岸壁Ｗから所定距離、例えば３０ｍ離れた位置まで移動してくる。そして、この着桟開始位置において、岸壁に平行になるように停船する。この後、着桟モード(200)と係船モード(300)と係留モード(400)が、その順で実行される。
Next, based on FIG. 4 and FIG. 5, the docking method of the present invention will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the docking method according to the present invention. FIG. 5 is a flowchart of the berthing control of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a heading displacement correction method in the landing mode and the mooring mode.
In FIG. 4, the movement trajectory of the ship S indicated by a dotted line indicates the harbor mode. Hereinafter, with reference to FIG. 5, the harbor mode (100) moves from the quay W to a predetermined distance, for example, 30 m away, using a forward / reverse propulsion engine such as the pod propulsion device 2. Then, the ship is stopped so as to be parallel to the quay at the landing start position. Thereafter, the docking mode (200), the mooring mode (300), and the mooring mode (400) are executed in that order.
（１）着桟モード(200)
着桟開始位置に至る以前から着桟に必要な本船位置、状態および環境情報は各種検出器２１〜２７からコントローラ２０に入力されている。そこで、着桟開始位置において、現状の各検出値を用いて、本船の水線下抵抗および水線上抵抗（船首部および船尾部）を演算させ、本船の横船速約２ノットを得るよう船舶Ｓの船首側サイドスラスタ１と船尾側推進装置２の横推力を制御する。
横推力の概算計算式は、２ノット推力＝船首・船尾平行移動推進力−（本船の水線下抵抗および水線上抵抗（船首部および船尾部））で求められる。岸壁接岸までの船舶Ｓの船側速度を、約0.17ｍ/secに設定すると、約３０ｍの位置から接岸させるまでの時間は、約３分程度を要することになる。
(1) Arrival mode (200)
Vessel position, state, and environmental information necessary for arrival at the arrival point before arrival at the arrival point are input to the controller 20 from various detectors 21-27. Therefore, at the berthing start position, using the current detected values, the ship's underwater resistance and overwater resistance (the bow and stern parts) are calculated to obtain the ship's side ship speed of about 2 knots. The lateral thrust of the bow side thruster 1 and the stern side propulsion device 2 of S is controlled.
The approximate calculation formula of the lateral thrust is obtained by 2 knot thrust = bow / stern parallel driving propulsive force-(the resistance under the water line and the resistance above the water line (the bow part and the stern part)). If the ship side speed of the ship S up to the quay berth is set to about 0.17 m / sec, it takes about 3 minutes to berth from the position of about 30 m.
（横推力）
着桟モードにおける横推力は下記の条件にて計算できる。まず、船舶を横移動させるには、つぎの４種の抵抗が生じる。
（ａ）風圧抵抗
Ｒａ＝ＫａＡａＶｎ２（ｋｇ）
Ｋａ：風圧係数（横方向：0.0735 縦方向：0.0429）
Ａａ：喫水線上風方向の投影面積（ｍ２）
Ｖａ：相対風速（ｍ／sec）
（ｂ）潮流抵抗
ＲＷ＝0.1212Ａｗ｛（Ｖｍ＋Ｖａ）２＋0.330（Ｖｗ＋Ｖａ）｝（ｋｇ）
Ａｗ：浸水面積（ｍ２）
Ｖｍ：潮流速度（ｍ／sec）
Ｖａ：船の移動速度（ｍ／sec）
（ｃ）形状抵抗
Ｒｖ＝73.2Ａｓ（Ｖａ＋Ｖｗ）２（ｋｇ）
Ａｓ：喫水線下船体側面投影面積（ｍ２）
（ｄ）推進器抵抗
Ｒｐ＝26.4Ｄ２（Ｖｗ＋Ｖａ）（ｋｇ）
Ｄ：推進器の直径（ｍ）
そして、船舶Ｓを横移動させるには、前記４種の抵抗の緩和以上の横推力を出せばよい。横推力は、船首側横推力機関と船尾側横推力機関との合計で決まるが、この推力は下記のとおりである。
ｉ：船首部推力（ＰＦ）
ＰＦは、サイドスラスタ２基分の推力（ＰＳＴ）の合算とする。
１基分推力は、０〜定格推力ＰＳＴまで可変とする。
ii：船尾推力（ＰＡ）
ポッド推力とする。
ＰＡ＝（２×ＰＳＴ）＋（ＲａＡ−ＲａＦ）
ＲａＡ：船尾風力抵抗
ＲａＦ：船首風力抵抗
よって、横推力の合計は、下記式のとおりとなる。
iii:横推力（ＰＨ）
ＰＨ＝（ＰＦ＋ＰＡ）−（Ｒａ＋Ｒｗ＋Ｒｖ＋Ｒｐ）
ＰＨ≦0.17ｍ／sec の推力
(Lateral thrust)
The lateral thrust in the landing mode can be calculated under the following conditions. First, the following four types of resistance are generated to move the ship laterally.
(A) Wind pressure resistance R a = K a A a Vn 2 (kg)
K a : Wind pressure coefficient (horizontal direction: 0.0735 longitudinal direction: 0.0429)
A a : Projected area in the wind direction above the draft (m 2 )
V a : relative wind speed (m / sec)
(B) Tidal resistance R W = 0.1212A w {(V m + V a ) 2 + 0.330 (V w + V a )} (kg)
A w : flooded area (m 2 )
V m : Tidal velocity (m / sec)
V a : Ship moving speed (m / sec)
(C) form drag R v = 73.2A s (V a + V w) 2 (kg)
A s: draft under the hull side projected area (m 2)
(D) Propeller resistance R p = 26.4D 2 (V w + V a ) (kg)
D: Propeller diameter (m)
In order to move the ship S laterally, a lateral thrust more than relaxation of the four types of resistance may be generated. The lateral thrust is determined by the total of the bow side thrust engine and the stern side thrust engine, and this thrust is as follows.
i: bow thrust (P F)
P F is the sum of the side thruster 2 group content of thrust (P ST).
1 group worth thrust is variable from 0 to the rated thrust P ST.
ii: Stern thrust (P A )
Use pod thrust.
P A = (2 × P ST ) + (RaA−RaF)
RaA: Stern wind resistance RaF: Bow wind resistance The total lateral thrust is given by the following equation.
iii: Lateral thrust (P H )
P H = (P F + P A ) − (Ra + Rw + Rv + Rp)
The thrust of the P H ≦ 0.17m / sec
（ヘッディング変位補正）
着桟モードの間では、船舶Ｓのヘッディング方位を岸壁Ｗと並行に維持しながら上記横推力により岸壁に近づける。船舶Ｓにヘッディング変位が生じた場合は、補正するため下記の推力制御を行う。
図６の（Ａ）図に示すように、船首が岸壁から離れる方向にヘッディング変位が発生したら、船首推力ＰＦを一定にし、船尾推力ＰＡをＰα分増加させ、船尾と船首が岸壁と並行（初期ヘッディング方位）となるようＰＡ推力の制御を行う。
これにより、初期ヘッディング方位に到達したならば、再び船尾推力ＰＡ＝船首推力ＰＦとなるように推進力を制御し、船体と岸壁との並行度を保持する。
船尾側が岸壁から離れる方向に変位した場合は、前記と反対方向に推力制御すればよい。ヘッディング補正が終了すると、船首・船尾推力を制御し、初期ヘッディング方位を維持させ、Ｌｍ＝０ｍとなるようにＰＡおよびＰＦの推力を制御する。
このようにして、船体が岸壁まで、約１ｍの距離（この位置を係船開始位置という）まで移動する。この場合、横進に利用している横推力機関を使ってヘッディング変位を補正するので、補正が容易かつ迅速に行え、かつ横進中に行えるので、横進動作が遅れることもない。また、岸壁との並行度が保持されているので、つぎの着桟モードが直ちに移行できるので、迅速な着桟が可能となる。
(Heading displacement correction)
During the landing mode, the heading direction of the ship S is kept parallel to the quay W and is brought close to the quay by the lateral thrust. When heading displacement occurs in the ship S, the following thrust control is performed for correction.
As shown in (A) FIG. 6, when the bow heading displacement occurs in a direction away from the quay, and the bow thrust P F constant, the stern thrust P A is increased P alpha fraction, stern and bow and quay parallel controls the P a thrust so that the (initial heading direction).
Thus, when the initial heading direction is reached, the propulsive force is controlled again so that the stern thrust P A = the bow thrust P F and the parallelism between the hull and the quay is maintained.
If the stern side is displaced away from the quay, thrust control may be performed in the opposite direction. When the heading correction is completed, and controls the bow-stern thrust, to maintain the initial heading orientation, to control the thrust of P A and P F such that Lm = 0 m.
In this way, the hull moves to the quay to a distance of about 1 m (this position is called the mooring start position). In this case, since the heading displacement is corrected using the lateral thrust engine used for the lateral movement, the correction can be performed easily and quickly and during the lateral movement, so that the lateral movement operation is not delayed. In addition, since the parallelism with the quay is maintained, the next landing mode can be immediately shifted, so that a quick landing can be achieved.
（係船準備）
着桟モードにおける途中からは、すなわち、本船と岸壁との距離がＬｍ（数メートル）になれば、係船索を繰出すフラッグ信号を操船場所から発信し、船首側係船機10Fおよび船尾側係船機10Rから係船索が繰出され、岸壁ピットに係船索Ｒ１〜Ｒ６が人力により掛けられる。この時、繰出される係船索本数は下記のとおりである。
船首部：バウラインＲ１×１本、ブレストラインＲ２×１本、スプリングラインＲ５×１本
船尾部：スターンラインＲ４×１本、ブレストラインＲ３×１本、スプリングラインＲ６×１本
係船開始位置より少し遠い前記距離Ｌｍからは、可視可聴監視支援装置の検出信号により段階的に表示灯色および監視レベル音を変えるなどして、本船と岸壁との差を聴覚をもって、係船準備作業状況が掌握できるようにするのが好ましい。
(Prepared for mooring)
From the middle of the berth mode, that is, when the distance between the ship and the quay reaches Lm (several meters), a flag signal for extending the mooring rope is transmitted from the ship maneuvering location, and the bow side mooring machine 10F and the stern side mooring machine The mooring ropes are fed out from 10R, and mooring ropes R1 to R6 are manually hooked on the quay pit. At this time, the number of mooring lines to be delivered is as follows.
Bow: Bow line R1 x 1, Breast line R2 x 1, Spring line R5 x 1
Stern part: Stern line R4 x 1, Breast line R3 x 1, Spring line R6 x 1 From the distance Lm a little farther from the mooring start position, the display light color is stepped by the detection signal of the visual audible monitoring support device It is preferable that the mooring preparation work situation can be grasped by hearing the difference between the ship and the quay by changing the monitoring level sound.
（２）係船モード(300)
船舶Ｓが係船開始位置、すなわち、岸壁との距離が約１ｍになれば、船首部のスラスタ１の横推進力がゼロ、ポッド推進装置２の推進力がゼロになるように制御する。推進力がゼロとなった後は、惰力推進力と合わせて、船首側係船機10Fおよび船尾側係船機10Rの張力制御により接岸させ、係船作業を行う。
図２に示すように、係船機10F,10Rにより、船首・船尾に出された計４本の係船索Ｒ１〜Ｒ６を自動繰出したり巻取ったりして、その張力制御および係船索長制御を用い、接岸位置が維持できるように各係船機10F,10Rの張力・係船索長のバランスをとる。この場合、係船機10F,10Rは係船索Ｒの自力繰出し機能を有しているので、係船索Ｒを岸壁Ｗとの間に張り渡す作業において、人力作業を大幅に省略できる。また、係船索張力計２９で検出された張力に基づき、能動的に係船索を繰出すことにより、係船索Ｒの破断等を防止することができる。
(2) Mooring mode (300)
When the ship S reaches a mooring start position, that is, a distance from the quay, about 1 m, control is performed such that the lateral thrust of the thruster 1 at the bow portion is zero and the thrust of the pod propulsion device 2 is zero. After the propulsive force becomes zero, the mooring operation is performed by bringing the ship into berthing by tension control of the bow side mooring machine 10F and the stern side mooring machine 10R together with the repulsive force.
As shown in Fig. 2, the mooring machines 10F and 10R automatically feed and wind up a total of four mooring lines R1 to R6 sent to the bow and stern, and use their tension control and mooring line length control. In order to maintain the berthing position, balance the tension and mooring length of each mooring machine 10F, 10R. In this case, since the mooring machines 10F and 10R have a self-feeding function of the mooring rope R, manpower work can be largely omitted in the work of stretching the mooring rope R between the wharves W. Further, the mooring rope R can be prevented from being broken by actively feeding the mooring rope based on the tension detected by the mooring rope tension meter 29.
（ヘッディング補正）
係船モード中に、船舶Ｓのヘッディング変位があった場合は、船首側・船尾側係船機10F,10Rによって係船索Ｒ１〜Ｒ６のうちの一部あるいは全部の巻取りあるいは自力繰出し制御によってヘッディング補正を行う。
ヘッディング変位補正に必要な船首部および船尾部張力は下記のように設定するのが好ましい。
係船機張力：Ｐα
船首部張力：ＭＦＴ≦Ｐα／２
船尾部張力：ＭＡＴ≦Ｐα／２
この場合、船首側と船尾側とが均等な張力であるため、船体が前後にズレないという利点がある。
また、係船モード中に、係船索Ｒの張力制御によって、ヘッディング補正するので、係船作業と同時に補正を行って、船体を岸壁Ｗに平行に保持できるので、係船作業が安全かつ確実に行える。
(Heading correction)
If there is a heading displacement of the ship S during the mooring mode, the heading and stern side mooring machines 10F and 10R correct the heading by winding up part or all of the mooring lines R1 to R6 or by self-feeding control. Do.
The bow and stern tension required for heading displacement correction is preferably set as follows.
Mooring machine tension: P α
Bow tension: M FT ≦ P α / 2
Stern tension: M AT ≦ P α / 2
In this case, there is an advantage that the hull does not shift back and forth because the bow side and the stern side have equal tension.
Further, since the heading is corrected by the tension control of the mooring line R during the mooring mode, the hull can be held parallel to the quay W by performing the correction simultaneously with the mooring work, so that the mooring work can be performed safely and reliably.
（３）係留モード(400)
接岸終了後は、船舶Ｓの定点を維持するため、前記係船機10F,10Rによって、定点位置から船首方向±２ｍ以内、船尾方向±２ｍ以内となるよう張力制御を行う。また、本船の喫水変化に対しても定点位置を基準に上下の係船索長の制御を行う。この間に、荷役作業を行えばよい。
(3) Mooring mode (400)
After the berthing is completed, in order to maintain the fixed point of the ship S, tension control is performed by the mooring machines 10F and 10R so that the ship position is within ± 2 m in the bow direction and within ± 2 m in the stern direction. In addition, the upper and lower mooring line lengths are controlled based on the fixed point position even when the draft of the ship changes. During this time, cargo handling work may be performed.
１ サイドスラスタ
２ ポッド推進装置
10F,10R 係船機
２０ コントローラ
1 Side thruster 2 Pod propulsion device
10F, 10R mooring machine 20 controller
Claims (4)
係船索の巻取り機能と自力繰出し機能が可能な船首側係船機および船尾側係船機と、
岸壁までの距離を計測する距離計と、
前記距離計で検知した船体から岸壁までの距離に基づき、前記船首側横推力機関と前記船尾側横推力機関の推進方向と推力を制御し、かつ前記船首側係船機と前記船尾側係船機の係船索の巻取り動作と繰出し動作を制御するコントローラとを備えている
ことを特徴とする船舶の自動着桟係船装置。 A bow side thrust engine and a stern side thrust engine that can output a lateral thrust in both sides of the hull;
A bow-side mooring machine and a stern-side mooring machine capable of winding a mooring rope and a self-feeding function;
A distance meter to measure the distance to the quay;
Based on the distance from the hull to the quay detected by the distance meter, the propulsion direction and thrust of the bow side thrust engine and the stern side thrust engine are controlled, and the bow side mooring machine and the stern side mooring machine An automatic docking device for a ship, comprising a controller for controlling a winding operation and a feeding operation of a mooring line.
前記着桟モードは、船舶の船首側横推力機関と船尾側横推力機関を用い、船舶を横方向に移動させて岸壁に近づけ、
前記係船モードは、船首側係船機と船尾側係船機を用い、岸壁との間に張り渡した係船索を引張ることにより船舶を横方向に移動させて岸壁に係止させる
ことを特徴とする船舶の自動着桟係船方法。 The berthing operation of the ship is performed in the berthing mode from the berthing start position at a predetermined distance from the quay, and then in the order of the mooring mode from the mooring start position until the hull is locked to the quay,
The berthing mode uses the ship's bow side thrust engine and stern side thrust engine, moves the ship laterally and approaches the quay,
The mooring mode uses a bow-side mooring machine and a stern-side mooring machine, and pulls the mooring rope stretched between the quay to move the ship laterally and lock it to the quay. Automatic docking method.
ことを特徴とする請求項２記載の船舶の自動着桟係船方法。 3. The automatic landing of a ship according to claim 2, wherein in the landing mode, a heading displacement control for maintaining parallelism with respect to a quay by using a bow side lateral thrust and a stern side lateral thrust is performed. Docker method.
ことを特徴とする請求項２記載の船舶の自動着桟係船方法。 In the mooring mode, the heading correction control for correcting the heading displacement deviation is performed by combining the winding and unwinding control of the mooring line by the bow side mooring machine and the winding and unwinding control of the mooring line by the stern side mooring machine. 3. A method for automatically berthing a ship according to claim 2.
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